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CN110499453A - 一种高强双面不锈钢复合板及其制造方法 - Google Patents

一种高强双面不锈钢复合板及其制造方法 Download PDF

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CN110499453A CN201810468895.XA CN201810468895A CN110499453A CN 110499453 A CN110499453 A CN 110499453A CN 201810468895 A CN201810468895 A CN 201810468895A CN 110499453 A CN110499453 A CN 110499453A
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Abstract

本发明公开了一种高强双面不锈钢复合板，其包括基板层和双面轧制复合于基板层上的不锈钢复层；其中，所述基板层的化学元素质量百分比为：C：0.03～0.12％、0＜Si≤0.30％、Mn：0.2～1.0％、Al：0.02～0.04％、Ti：0.01～0.03％、Nb：0.005～0.020％，N：0.003～0.006％，余量为铁和其他不可避免的杂质。本发明还公开了一种上述高强双面不锈钢复合板的制造方法，包括步骤：(1)获得基板层和不锈钢复层；(2)组坯；(3)复合轧制；(4)热退固溶酸洗处理：控制固溶温度为950‑1020℃，然后以20‑50℃/s的平均冷速冷至室温。

Description

一种高强双面不锈钢复合板及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种复合板及其制造方法，尤其涉及一种不锈钢复合板及其制造方法。
背景技术
不锈钢复合板是将基层与复层在特定工艺技术条件下进行冶金结合，使之成为具有特殊复合性能的整体新材料。不锈钢复合板可替代不锈钢充分发挥其耐蚀、耐热、耐氢、耐磨、光亮等性能，同时又能兼具碳钢的强度、加工性、焊接性等特殊性能。
现有技术中，专利号为CN105296854A，公开日为2016年2月3日，名称为“一种具有优良综合性能的冷轧双面不锈钢复合板及制造方法”的中国专利文献公开了一种具有优良综合性能的冷轧双面不锈钢复合板，该不锈钢复合板通过设计一种超低碳碳钢基板与304不锈钢复合，以合理的热处理工艺获得高延伸率、无屈服花纹缺陷、平整及成形表面质量优良的新材料，主要用于装饰面板及成形要求较高的领域。但是该不锈钢复合板的屈服强度及抗拉强度较低，屈服强度常低于200MPa，在一些对力学性能有更高要求的情况下使用有其局限性。随着双面不锈钢复合板材料的推广及应用，目前市场对不锈钢复合板的性能提出了更高的要求，尤其在屈服强度、表面质量方面，希望不锈钢复合板不仅能满足常规成形使用要求，还能具有更高的屈服强度，更好的表面质量。
基于此，期望获得一种双面不锈钢复合板，该不锈钢复合板具有高强度、良好表面质量及耐蚀性，从而可以拓展不锈钢复合板的应用领域，并且节省原材料合金资源，降低使用成本。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种高强双面不锈钢复合板，该不锈钢复合板通过合理的成分设计，使其具有高强度、良好表面质量及耐蚀性，适合应用于面板、储罐等领域，并且节省原材料合金资源，降低使用成本。
为了实现上述目的，本发明提出了一种高强双面不锈钢复合板，其包括基板层和双面轧制复合于基板层上的不锈钢复层；其中，所述基板层的化学元素质量百分比为：C：0.03～0.12％、0＜Si≤0.30％、Mn：0.2～1.0％、Al：0.02～0.04％、Ti：0.01～0.03％、Nb：0.005～0.020％，N：0.003～0.006％，余量为铁和其他不可避免的杂质。
在本发明所述的技术方案中，所述基板层的各化学元素的设计原理如下所述：
C：碳是确保钢板强度的关键元素之一。碳含量的提高能使钢的强度和硬度上升。由于双面不锈钢复合板最终要经过固溶处理，而固溶处理过程中，基板层和不锈钢复层都要经过高温及快速冷却处理，因此需要考虑碳对基板层及不锈钢复层性能的影响。碳含量过低，对基板层强度不利；碳含量过高，基板层在热处理快速冷却过程中容易产生马氏体，对其综合力学性能不利，同时对不锈钢复层的耐蚀性也会产生影响。基于此，本案发明人将基板层的碳元素的质量百分比控制在0.03～0.12％，以保证基板层的力学性能、延伸性能以及不锈钢复层的耐蚀性能。
Si：钢中添加硅能提高钢质纯净度和脱氧效果。此外，硅在钢中起固溶强化作用，但其质量百分比过高时对钢的焊接性能不利。此外，考虑到不锈钢复层内也具有一定量的硅，因此，本案发明人将基板层的硅元素的质量百分比限定在0＜Si≤0.30％，从而保证硅元素不会对不锈钢复层的耐蚀性有任何影响，且使基板层具备良好的焊接性能。
Mn：加入锰的目的主要在于提高钢的强度，锰的加入量主要取决于钢的强度级别。此外，锰在钢中还能够和铝一起起到脱氧的作用，并且锰的脱氧可促进钛的有效作用，但锰的含量过高会降低钢的塑性。因此，本案发明人将基板层的锰的质量百分比限定在0.2～1.0％。
Al：铝是强脱氧元素，脱氧后多余的铝和钢中的氮元素能形成AlN析出物，从而提高钢的强度并且在热处理加热时细化钢的奥氏体晶粒度。为了保证钢中的氧含量尽量地低，本案发明人将基板层的铝元素的质量百分比控制在0.02～0.04％。
Ti：钛是强碳化物形成元素，钢中加入微量的Ti有利于固定钢中的N，形成的TiN一方面能细化本发明所述的高强双面不锈钢复合板基板的原始奥氏体晶粒度，另一方面能使本发明所述的高强双面不锈钢复合板在固溶处理时基板层的奥氏体晶粒不过分长大。此外，钛在钢中还可分别与碳和硫化合生成TiC、TiS、Ti4C2S2，钛的这些碳硫化物析出物在固溶热处理及焊接时可阻止材料相关位置晶粒长大，从而改善基板层固溶后晶粒度及本发明所述的高强双面不锈钢复合板的焊接性能。因此，本案发明人将基板层的钛元素的质量百分比控制在0.01～0.03％。
Nb：铌是强碳化物形成元素，基板层中加入少量的铌主要是为了提高再结晶温度，配合生产工艺中的较高的固溶温度，使得基板层在固溶后晶粒不能迅速长大，从而有利于基板层具有良好的力学性能。因此，本案发明人将基板层的铌元素的质量百分比控制在0.005～0.020％。
N：氮主要与钛、铝生成第二相粒子，从而细化晶粒，提高强度。当N的质量百分比低于0.003％，TiN或AlN析出物太少，达不到细化晶粒的要求。而当N的质量百分比过高时，生成的TiN量太大且颗粒过于粗大，会影响本发明所述的高强双面不锈钢复合板的基板层的力学性能。因此，本案发明人将基板层的氮元素的质量百分比控制在0.003～0.006％。
需要说明的是，在本发明所述的技术方案中，其他不可避免的杂质主要为P、S。P和S是钢中的有害杂质元素，磷元素会严重损害钢板的塑性和韧性，硫在钢中会与锰元素化合形成塑性夹杂物硫化锰，尤其对钢的横向塑性和韧性不利，因此应尽量降低钢中的P、S含量，优选地，本发明将基板层的P、S质量百分比限定在P≤0.02％、S≤0.015％。
还需要说明的是，在本发明所述的技术方案中，基板层与不锈钢复层的复合界面在厚度方向上由于基板层与不锈钢复层的化学元素含量不同，会导致含量较高的元素向含量较低的一侧作扩散运动，从而形成深入基板层的上、下两面以及不锈钢复层的与基板层接触的面各0-50μm的过渡层，过渡层各元素的平均成分介于此元素在相应的基板层成分和不锈钢复层成分之间，呈梯度过渡。例如：处于不锈钢复层内的质量百分比较高的合金元素(例如Cr、Ni)向基板层扩散，而基板层内的质量百分比较高的碳元素向不锈钢复层扩散，则过渡层内的C、Cr、Ni元素的平均成分介于不锈钢复层和基板层之间。
进一步地，在本发明所述的高强双面不锈钢复合板中，所述基板层中的化学元素还需满足：2.7×C+0.4×Si+Mn≤1.25，式中的C、Si和Mn均表示其各自的质量百分比。
在本发明所述的技术方案中，基板层中的化学元素还需满足：2.7×C+0.4×Si+Mn≤1.25，式中的C、Si和Mn均表示其各自的质量百分比，并且带入上述限定公式时的数值应当代入百分号前的数值，例如当C的质量百分比为0.1％，Si的质量百分比为0.2％，Mn的质量百分比为0.7％，则代入公式时的数值分别为0.1、0.2和0.7，从而计算得到2.7×C+0.4×Si+Mn＝2.7×0.1+0.4×0.2+0.7＝1.05≤1.25。
更进一步地，在本发明所述的高强双面不锈钢复合板中，所述基板层的微观组织为铁素体+珠光体+贝氏体，或者铁素体+珠光体+贝氏体+魏氏体，其中，贝氏体的相比例≤20％，魏氏体相比例≤10％。
需要说明的是，在本发明所述的技术方案中，由于基板层的上、下表面存在过渡层，因此在基板层厚度方向上，在基板层上、下表面各0-100μm范围内存在因碳元素的扩散而导致的贫碳区，从而在基板层中形成了厚度为50-100μm的铁素体区。
进一步地，在本发明所述的高强双面不锈钢复合板中，所述基板层微观组织中铁素体的晶粒度≥7级。
进一步地，在本发明所述的高强双面不锈钢复合板中，其室温下屈服强度≥300MPa，室温下延伸率≥30％，力学拉伸过程屈服平台≤2.0％。
进一步地，在本发明所述的高强双面不锈钢复合板中，所述不锈钢复层为奥氏体不锈钢复层。
进一步地，在本发明所述的高强双面不锈钢复合板中，奥氏体不锈钢为Cr-Ni系不锈钢或Cr-Ni-Mo系不锈钢。
需要说明的是，在本发明所述的技术方案中，由于不锈钢复层中也存在过渡层，因此在不锈钢复层厚度方向上，在不锈钢复层中靠近基板层一侧的0-20μm范围内存在铬向基板层的扩散而导致的贫铬区，但其微观组织仍为奥氏体。
进一步地，在本发明所述的高强双面不锈钢复合板中，双面不锈钢复层的总厚度占高强双面不锈钢复合板全厚的10％～30％，基板层上、下表面的不锈钢复层的厚度被设置为对称或不对称。
相应地，本发明的另一目的在于提供一种上述的高强双面不锈钢复合板的制造方法，采用该制造方法所获得的高强双面不锈钢复合板具有高强度、良好表面质量及耐蚀性，适合应用于面板、储罐等领域，并且节省原材料合金资源，降低使用成本。
为了实现上述发明目的，本发明提出了一种上述的高强双面不锈钢复合板的制造方法，包括步骤：
(1)获得基板层和不锈钢复层；
(2)组坯；
(3)复合轧制；
(4)热退固溶酸洗处理：控制固溶温度为950-1020℃，然后以20-50℃/s的平均冷速冷至室温。
在本发明所述的制造方法中，在步骤(1)中，不锈钢复层可采用现有技术获得，例如采用Cr-Ni或Cr-Ni-Mo系奥氏体不锈钢经炼钢、连铸、轧制、固溶及定尺切、酸洗制成供后续组坯使用的不锈钢复层。此外，在一些实施方式中，可以先获得基板层钢坯，然后将该基板层钢坯作为基板层，以便在后续步骤中与不锈钢复层进行组坯；也可以先获得基板层钢坯，然后将基板层钢坯开坯轧制获得基板层钢板，将该基板层钢板作为基板层，以便在后续步骤中与不锈钢复层进行组坯。
此外，在本发明所述的制造方法中，在步骤(2)中，在一些优选的实施方式中，在组坯前进行预处理，以保证不锈钢复合面上没有任何污染。
需要说明的是，在本发明所述的制造方法中，在步骤(4)中控制固溶温度为950-1020℃，是因为固溶温度低于950℃时，不锈钢复层的奥氏体不锈钢不能充分发生再结晶及软化，且部分析出的碳化物也不能充分进行固溶；而固溶温度高于1020℃时，基板层碳钢晶粒组织会急剧长大，且在后续快速冷却过程中容易形成大量的魏氏组织。此外，控制固溶后冷却速度在20～50℃/s范围内，一方面可以保证固溶于不锈钢复层中的碳化物在后续冷却时不再析出，另一方面可以保证基板层的微观组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体，避免出现马氏体组织，从而保证本发明所述的高强双面不锈钢复合板的良好的综合力学性能。
进一步地，在本发明所述的制造方法中，还包括步骤：
(5)冷轧；
(6)冷退固溶酸洗及平整处理：控制固溶温度为950-1020℃，然后以20-50℃/s的平均冷速冷至室温。
在本发明所述的制造方法中，在步骤(6)中控制固溶温度为950-1020℃，是因为固溶温度低于950℃时，不锈钢复层的奥氏体不锈钢不能充分发生再结晶及软化，且部分析出的碳化物也不能充分进行固溶；而固溶温度高于1020℃时，基板层碳钢晶粒组织会急剧长大，且在后续快速冷却过程中容易形成大量的魏氏组织。此外，控制固溶后冷却速度在20～50℃/s范围内，一方面可以保证固溶于不锈钢复层中的碳化物在后续冷却时不再析出，另一方面可以保证基板层的微观组织为铁素体+珠光体+少量贝氏体，避免出现马氏体组织，从而保证本发明所述的高强双面不锈钢复合板的良好的综合力学性能。
本发明所述的高强双面不锈钢复合板及其制造方法与现有技术相比具有如下有益效果：
1、从化学成分上看，本发明所述的高强双面不锈钢复合板通过采用低碳，钛、铌、铝微合金化的成分设计，保证基板层具有较高的奥氏体再结晶温度，同时保证在较高的固溶温度条件下基板层中的奥氏体晶粒不会充分长大，进而确保基板层快速冷却后能获得铁素体+珠光体+贝氏体组织，其中，铁素体晶粒度≥7级，贝氏体的相比例≤20％，从而使得本发明所述的高强双面不锈钢复合板拥有300MPa以上的屈服强度。
2、从生产工艺上看，本发明所述的高强双面不锈钢复合板的制造方法采用高温固溶及快速冷却的工艺，保证不锈钢复层的再结晶软化以及组织均匀化，避免碳化物析出，从而确保不锈钢复层具有优良的耐腐蚀性能。
3、从产品性能上看，本发明所述的高强双面不锈钢复合板具有较高的强度、良好的表面质量及耐蚀性，其室温下屈服强度≥300MPa，室温下延伸率≥30％，力学拉伸过程屈服平台≤2.0％，综合性能较好，可满足面板、储罐等领域的使用要求，适合在工业上广泛应用。
附图说明
图1示意性地显示了本发明实施例4的高强双面不锈钢复合板的基板层的微观组织。
图2示意性地显示了本发明实施例4的高强双面不锈钢复合板的不锈钢复层的微观组织。
图3示意性地显示了本发明实施例4的高强双面不锈钢复合板结合界面附近的微观组织。
具体实施方式
下面将结合说明书附图和具体的实施例对本发明所述的高强双面不锈钢复合板及其制造方法做进一步的解释和说明，然而该解释和说明并不对本发明的技术方案构成不当限定。
实施例1-8和对比例1
表1-1和表1-2列出了实施例1-8和对比例1的高强双面不锈钢复合板的基板层的各化学元素的质量百分比以及不锈钢复层的型号。
需要说明的是，实施例1-8和对比例1的高强双面不锈钢复合板的不锈钢复层均采用现有技术中已有的不锈钢，因此，表1-1和1-2中只列出了不锈钢复层的具体型号，对其各化学元素的组成不再赘述。
表1-1.(wt％，余量为Fe和除了S、P之外的其他杂质元素)
表1-2.(wt％，余量为Fe和除了S、P之外的其他杂质元素)
注：2.7×C+0.4×Si+Mn式中的C、Si和Mn均表示其各自的质量百分比，并且带入上述公式时的数值应当代入百分号前的数值，例如当C的质量百分比为0.1％，Si的质量百分比为0.2％，Mn的质量百分比为0.7％，则代入公式时的数值分别为0.1、0.2和0.7，从而计算得到2.7×C+0.4×Si+Mn＝2.7×0.1+0.4×0.2+0.7＝1.05。
需要说明的是，表1-2中，F表示铁素体，P表示珠光体，B表示贝氏体，W表示魏氏组织。
实施例1-8和对比例1的高强双面不锈钢复合板采用下述步骤制得(具体工艺参数列于表2中)：
(1)根据表1-1和表1-2，获得基板层和不锈钢复层，其中，对奥氏体不锈钢进行炼钢、连铸、轧制、固溶及定尺切、酸洗制成供后续组坯使用的不锈钢复层。可以先获得基板层钢坯，然后将该基板层钢坯作为基板层，以便在后续步骤中与不锈钢复层进行组坯；也可以先获得基板层钢坯，然后将基板层钢坯开坯轧制获得基板层钢板，将该基板层钢板作为基板层，以便在后续步骤中与不锈钢复层进行组坯。
(2)组坯，在组坯前进行预处理，以保证不锈钢复合面上没有任何污染。
(3)复合轧制，采用现有技术中的常规热轧方式进行，轧制成不同目标厚度的热轧卷板。
(4)热退固溶酸洗处理：控制固溶温度为950-1020℃，然后以20-50℃/s的平均冷速冷至室温，抛丸酸洗，得到的高强双面不锈钢复合板表面状态为热轧固溶酸洗NO.1表面。
(5)冷轧，采用森吉米尔二十辊轧机进行轧制，轧成不同目标厚度的冷轧卷板。
(6)冷退固溶酸洗及平整处理：控制固溶温度为950-1020℃，然后以20-50℃/s的平均冷速冷至室温，得到的高强双面不锈钢复合板的表面状态为冷轧固溶酸洗2B表面。
表2.实施例1-8和对比例1的高强双面不锈钢复合板的制造方法的具体
工艺参数
需要说明的是，实施例1-8和对比例1的高强双面不锈钢复合板的制造方法中，如果最终得到的高强双面不锈钢复合板的表面状态为热轧固溶酸洗NO.1表面，则是没有经过步骤(5)和步骤(6)处理的，如果最终得到的高强双面不锈钢复合板的表面状态为冷轧固溶酸洗2B表面，则是经过步骤(5)和步骤(6)处理的。
对实施例1-8和对比例1的高强双面不锈钢复合板进行力学性能测试，具体测试其力学拉伸过程屈服平台，室温下屈服强度、室温下抗拉强度和室温下延伸率。其中，力学拉伸性能按照GB/T 6396－2008复合钢板力学及工艺性能试验方法进行测试，力学性能测试结果列于表3中。
表3.
由表3可以看出，实施例1-8的高强双面不锈钢复合板的屈服强度均在300MPa以上，相对于对比例1的高强双面不锈钢复合板的屈服强度要高出83～203MPa，且表面质量较好，满足了市场用户对好的表面质量及更高屈服强度的要求。
由图1可以看出，实施例4的高强双面不锈钢复合板的基板层的微观组织为F+P+B，F晶粒度在7级左右。
由图2可以看出，实施例4的高强双面不锈钢复合板的不锈钢复层的微观组织为完全再结晶的奥氏体晶粒组织。
由图3可以看出，实施例4的高强双面不锈钢复合板结合界面处，靠近基板层一侧有明显的脱碳层，主要为基板层中的碳原子向不锈钢复层一侧扩散所致，说明实施例4的高强双面不锈钢复合板中的基板层、不锈钢复层形成了明显的冶金结合。
需要说明的是，本发明的保护范围中现有技术部分并不局限于本申请文件所给出的实施例，所有不与本发明的方案相矛盾的现有技术，包括但不局限于在先专利文献、在先公开出版物，在先公开使用等等，都可纳入本发明的保护范围。
此外，本案中各技术特征的组合方式并不限本案权利要求中所记载的组合方式或是具体实施例所记载的组合方式，本案记载的所有技术特征可以以任何方式进行自由组合或结合，除非相互之间产生矛盾。
还需要注意的是，以上所列举的实施例仅为本发明的具体实施例。显然本发明不局限于以上实施例，随之做出的类似变化或变形是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高强双面不锈钢复合板，其特征在于，其包括基板层和双面轧制复合于基板层上的不锈钢复层；其中，所述基板层的化学元素质量百分比为：C：0.03～0.12％、0＜Si≤0.30％、Mn：0.2～1.0％、Al：0.02～0.04％、Ti：0.01～0.03％、Nb：0.005～0.020％，N：0.003～0.006％，余量为铁和其他不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的高强双面不锈钢复合板，其特征在于，所述基板层中的化学元素还需满足：2.7×C+0.4×Si+Mn≤1.25，式中的C、Si和Mn均表示其各自的质量百分比。
3.如权利要求1所述的高强双面不锈钢复合板，其特征在于，所述基板层的微观组织为铁素体+珠光体+贝氏体，或者铁素体+珠光体+贝氏体+魏氏体，其中，贝氏体的相比例≤20％，魏氏体相比例≤10％。
4.如权利要求1所述的高强双面不锈钢复合板，其特征在于，所述基板层微观组织中铁素体的晶粒度≥7级。
5.如权利要求1所述的高强双面不锈钢复合板，其特征在于，其室温下屈服强度≥300MPa，室温下延伸率≥30％，力学拉伸过程屈服平台≤2.0％。
6.如权利要求1所述的高强双面不锈钢复合板，其特征在于，所述不锈钢复层为奥氏体不锈钢复层。
7.如权利要求6所述的高强双面不锈钢复合板，其特征在于，奥氏体不锈钢为Cr-Ni系不锈钢或Cr-Ni-Mo系不锈钢。
8.如权利要求1所述的高强双面不锈钢复合板，其特征在于，双面不锈钢复层的总厚度占高强双面不锈钢复合板全厚的10％～30％，基板层上、下表面的不锈钢复层的厚度被设置为对称或不对称。
9.如权利要求1-8中任意一项所述的高强双面不锈钢复合板的制造方法，其特征在于，包括步骤：
(1)获得基板层和不锈钢复层；
(2)组坯；
(3)复合轧制；
(4)热退固溶酸洗处理：控制固溶温度为950-1020℃，然后以20-50℃/s的平均冷速冷至室温。
10.如权利要求9所述的制造方法，其特征在于，还包括步骤：
(5)冷轧；
(6)冷退固溶酸洗及平整处理：控制固溶温度为950-1020℃，然后以20-50℃/s的平均冷速冷至室温。
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